RFID標(biāo)簽關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，同條形碼、IC卡等其他識(shí)別方式相同，其基本功能是識(shí)別目標(biāo)物品的唯一標(biāo)識(shí)符(UID)，所不同的是以射頻傳輸方式來(lái)完成非接觸式的自動(dòng)識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與多目標(biāo)的識(shí)別。RFID同時(shí)又是一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，具備通信系統(tǒng)的基本構(gòu)件如發(fā)送、接收和信道以及傳輸信息等基本功能，所不同的是其傳輸?shù)男畔⑹侨藶榈?、同定的。憑借其存儲(chǔ)容量大、識(shí)別目標(biāo)多、讀取距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)可加密等優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展?jié)摿Γ琑FID被譽(yù)為當(dāng)今重要的技術(shù)之一。RFID系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵是電子標(biāo)簽，文中重點(diǎn)介紹電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并提出了我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)用和發(fā)展電子標(biāo)簽的基本對(duì)策。

1 電子標(biāo)簽技術(shù)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)中，目前對(duì)電子標(biāo)簽的研究主要集中在以下6個(gè)方面。
1．1 芯片技術(shù)
芯片技術(shù)是RFID技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)，一個(gè)標(biāo)簽芯片即為一個(gè)系統(tǒng)，集成了除標(biāo)簽天線(xiàn)及匹配線(xiàn)以外的所有電路包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶和存儲(chǔ)器單元等模塊。對(duì)芯片的基本要求是輕、薄、小、低、廉。
在國(guó)外，TI、Intel、Philips、STMicroelectronics、Infineon、NXP、Atmel等集成電路廠商在開(kāi)發(fā)小體積、微功耗、價(jià)格低廉的RFID芯片上取得了出色的成果。如Atmel公司研制的UHF無(wú)源標(biāo)簽最小RF輸入功率可低至16．7 μW。瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院設(shè)計(jì)了一款最小輸入功率僅為2．7μW、讀寫(xiě)距離可達(dá)12 m的2．45 GB標(biāo)簽芯片。日本日立公司在2006 ISSCC會(huì)議上提出了一款面積為0．15 mm×0．15 mm、厚度僅為7．5μm的標(biāo)簽芯片。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)集成電路廠商已能自行研發(fā)生產(chǎn)低頻、高頻頻段芯片并接近國(guó)際先進(jìn)水平，上海坤銳公司研制的UHF頻段QR系列芯片已經(jīng)通過(guò)EPCglobal官方授權(quán)認(rèn)證?？傮w而言，我國(guó)UHF、微波頻段RFID芯片設(shè)計(jì)目前仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在，苛刻的功耗限制。與天線(xiàn)的適配技術(shù)。后續(xù)封裝問(wèn)題。靈敏度問(wèn)題?？煽啃院统杀?。
RFID芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是芯片功耗更低，作用距離更遠(yuǎn)，讀寫(xiě)速度更快，可靠性更高，并且成本不斷降低。除增加標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量以攜帶更多的信息、縮小標(biāo)簽的體積以降低成本、提高標(biāo)簽的靈敏度以增加讀取距離之外，當(dāng)前研究的熱點(diǎn)還包括：超低功耗電路；安全與隱私技術(shù)，密碼功能及實(shí)現(xiàn)；低成本芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；新型存儲(chǔ)技術(shù)；防沖突算法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)；與傳感器的集成技術(shù)；與應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合的整體解決方案。
1．2 天線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)
在RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的設(shè)計(jì)中，小型化問(wèn)題始終倍受關(guān)注。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，小型化后的天線(xiàn)帶寬和增益特性及交叉極化特性也是重要的研究方向。目前的RFID標(biāo)簽仍然使用片外獨(dú)立天線(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是天線(xiàn)Q值較高、易于制造、成本適中，但是體積較大、易折斷，不能勝任防偽或以生物標(biāo)簽形式植入動(dòng)物體內(nèi)等任務(wù)。若能將天線(xiàn)集成在標(biāo)簽芯片上，無(wú)需任何外部器件即可進(jìn)行工作，可使整個(gè)標(biāo)簽體積減小，而且簡(jiǎn)化了標(biāo)簽制作流程，降低了成本，這就引發(fā)了片上天線(xiàn)技術(shù)的研究。另外，目前標(biāo)簽天線(xiàn)研究的重點(diǎn)還包括，天線(xiàn)匹配技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、覆蓋多種頻段的寬帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)、多標(biāo)簽天線(xiàn)優(yōu)化分布技術(shù)、抗金屬設(shè)計(jì)技術(shù)、一致性與抗干擾技術(shù)等。
1．3 封裝技術(shù)
電子標(biāo)簽的封裝主要包括芯片裝配、天線(xiàn)制作等主要環(huán)節(jié)。隨著新封裝技術(shù)的發(fā)展，在標(biāo)簽封裝技術(shù)上相繼出現(xiàn)了新的加工工藝，如倒裝芯片凸點(diǎn)生成(Bunping)、天線(xiàn)印刷等。與傳統(tǒng)的線(xiàn)連接或載帶連接相比，倒裝芯片技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是封裝密度較高、具有良好的電和熱性能、可靠性好、成本低。使用導(dǎo)電油墨印刷標(biāo)簽天線(xiàn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的腐蝕法制作標(biāo)簽天線(xiàn)，大幅降低了電子標(biāo)簽的制作成本。除此之外，標(biāo)簽封裝技術(shù)的研究熱點(diǎn)還包括低溫?zé)釅悍庋b工藝、精密機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、多物理量檢測(cè)與控制、高精高速運(yùn)動(dòng)控制、在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)等。
1．4 標(biāo)簽應(yīng)用技術(shù)
基于RFID標(biāo)簽對(duì)物體標(biāo)識(shí)的唯一特性，引發(fā)了對(duì)各種功能標(biāo)簽的研究熱潮。除了傳統(tǒng)意義上的物品識(shí)別、追蹤和監(jiān)控之外，研究熱點(diǎn)還包括交互式智能標(biāo)簽、空間定位與跟蹤、普適計(jì)算、移動(dòng)支付、物品防偽等。
(1)交互式智能標(biāo)簽。交互式智能標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)仍由單芯片無(wú)線(xiàn)微功率收發(fā)機(jī)和單片機(jī)組成。在單片機(jī)中預(yù)先寫(xiě)入各種所需的應(yīng)用程序，必要時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)指令來(lái)調(diào)用這些程序，使標(biāo)簽執(zhí)行包括識(shí)別、定位、數(shù)據(jù)采集等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的各種工作。標(biāo)簽平時(shí)并不向外發(fā)射任何信號(hào)，而根據(jù)需要每隔一定時(shí)間，周期性地在監(jiān)聽(tīng)頻道上接收并記錄協(xié)調(diào)器以廣播方式發(fā)來(lái)的信號(hào)，只有在收到喚醒指令后才跳轉(zhuǎn)到讀寫(xiě)器工作頻道，接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的指令，并根據(jù)指令按照預(yù)先寫(xiě)入的程序方式進(jìn)入與讀寫(xiě)器進(jìn)行信息交流的狀態(tài)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的工作任務(wù)，再回到監(jiān)聽(tīng)和睡眠狀態(tài)?？梢?jiàn)，該技術(shù)的核心是通過(guò)快速過(guò)濾無(wú)效信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)簽的超低功耗無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，其代價(jià)是需要額外使用一個(gè)協(xié)調(diào)器。由于交互式智能標(biāo)簽解決了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的低成本、低功耗和無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)汝P(guān)鍵問(wèn)題，從而拓展了電子標(biāo)簽的應(yīng)用范疇，可廣泛應(yīng)用于城市智能交通系統(tǒng)、城市基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等需要遠(yuǎn)距離識(shí)別、定位或數(shù)據(jù)采集的領(lǐng)域。
(2)實(shí)時(shí)定位與跟蹤標(biāo)簽?，F(xiàn)有的定位系統(tǒng)主要包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)、紅外線(xiàn)或超聲波定位系統(tǒng)以及基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，但受定位時(shí)間、定位精度及環(huán)境條件等限制，目前還未出現(xiàn)一種定位技術(shù)能夠較為完善地解決諸如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉(cāng)庫(kù)、超市、圖書(shū)館、地下停車(chē)場(chǎng)、地下礦井等室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境中設(shè)施與物品的位置信息問(wèn)題。RFID技術(shù)為空間定位與跟蹤服務(wù)提供了新的解決方案，尤其適用于衛(wèi)星定位系統(tǒng)難以應(yīng)對(duì)的室內(nèi)定位。其主要利用標(biāo)簽對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)特性，依據(jù)讀寫(xiě)器與安裝在物體上的標(biāo)簽之間射頻通信的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量物品的空間位置。
(3)普適計(jì)算標(biāo)簽。通過(guò)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，RFID標(biāo)簽還可以感知物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處物品或環(huán)境的溫度、濕度及光照等狀態(tài)信息，并利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將這些信息及其變化傳遞到計(jì)算單元，提高環(huán)境對(duì)計(jì)算模塊的可見(jiàn)度，構(gòu)建未來(lái)普適計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施。
(4)移動(dòng)支付標(biāo)簽。RFID移動(dòng)支付通過(guò)在手機(jī)終端與POS終端間采用短程通信方式進(jìn)行交易，既可采用手機(jī)話(huà)費(fèi)支付交易金額，又可采用SIM卡綁定銀行賬戶(hù)由銀行處理交易。RFID移動(dòng)支付是RFID產(chǎn)業(yè)與電信業(yè)相互融合的產(chǎn)物，現(xiàn)階段主要有Felica、NFC、DISIM和RF-SIM 4種應(yīng)用方式。其中RF-SIM是一種基于SIM卡的中近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，是將RF模塊鑲嵌在SIM卡內(nèi)，SIM卡用于正常的手機(jī)移動(dòng)通信、鑒權(quán)，與手機(jī)建立物理連接。RF-SIM卡支持市面上所有手機(jī)，是一個(gè)可代替錢(qián)包、鑰匙和身份證的全方位服務(wù)平臺(tái)。
(5)防偽標(biāo)簽。傳統(tǒng)防偽技術(shù)如物理防偽、生物防偽、結(jié)構(gòu)防偽、條碼和數(shù)碼防偽等由于不具備唯一性和獨(dú)占性，易復(fù)制，不能起到真正的防偽作用。RFID技術(shù)防偽具有絕對(duì)性的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槊總€(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)全球唯一的ID號(hào)，無(wú)法修改和仿造。此外，RFID防偽技術(shù)還具有無(wú)物理磨損、讀寫(xiě)器物理接口安全性高、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可加密、讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間相互認(rèn)證等特點(diǎn)，所以基本上無(wú)法完全仿制，從而起到杜絕偽造之功效。目前，RFID防偽在證件管理、門(mén)票管理、電子車(chē)牌、酒類(lèi)防偽、藝術(shù)珍品防偽等領(lǐng)域已逐步得到應(yīng)用，且呈擴(kuò)大趨勢(shì)。
1．5 標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題研究
當(dāng)前，國(guó)際上與電子標(biāo)簽相關(guān)的通信標(biāo)準(zhǔn)主要有：(1)ISO／TEC18000標(biāo)準(zhǔn)。(2)EPC標(biāo)準(zhǔn)、(3)DSRC標(biāo)準(zhǔn)。(4)UID標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，還有許多國(guó)家和機(jī)構(gòu)均在積極制訂與RFID相關(guān)的區(qū)域、同家或產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，并希望通過(guò)不同渠道提升為同際標(biāo)準(zhǔn)。各標(biāo)準(zhǔn)體系均按照工作頻率劃分為多個(gè)部分，它們之間并不兼容主要差別在于通信方式、防沖突協(xié)議和數(shù)據(jù)格式三個(gè)方面。2008年1月，歐盟FP7項(xiàng)目組出資贊助舉辦全球RFID通用性標(biāo)準(zhǔn)論壇(GRIFS)，旨在通過(guò)加強(qiáng)協(xié)作使RFID標(biāo)準(zhǔn)在全球取得最大程度的一致。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，電子標(biāo)簽的各種標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了融合的趨勢(shì)，如用于高頻13．56 MHz的ISO／IFC15693標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為ISO18000-3標(biāo)準(zhǔn)的一部分，EPC GEN2標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)成為ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)。就目前而言，美國(guó)、歐盟及其他國(guó)家分別采用各自不同的標(biāo)準(zhǔn)，由于利益難以協(xié)調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一盡管迫切，但過(guò)程仍較為漫長(zhǎng)。
1．6 安全隱私問(wèn)題研究
研究和采用的安全性機(jī)制主要有物理方法、密碼機(jī)制以及二者的結(jié)合。物理方法通常使用在低成本標(biāo)簽中，通過(guò)靜電屏蔽或主動(dòng)干擾實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽信息的保護(hù)。與基于物理方法的硬件安全機(jī)制相比，基于密碼技術(shù)的軟件安全機(jī)制受到更多的青睞，其主要利用各種成熟的密碼方案和機(jī)制來(lái)設(shè)計(jì)符合RFID安全需求的密碼協(xié)議。

2 電子標(biāo)簽的發(fā)展趨勢(shì)與對(duì)策
電子標(biāo)簽的應(yīng)用和發(fā)展是建立在RFID產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的基礎(chǔ)上的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的落后都將影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我圍在RFID領(lǐng)域研發(fā)時(shí)間上落后于歐美韓日等同，在UHF和微波頻段上還缺少完整的產(chǎn)業(yè)鏈，在目前國(guó)內(nèi)RFID已有的技術(shù)和市場(chǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展中國(guó)的電子標(biāo)簽，就必須瞄準(zhǔn)整個(gè)RFID產(chǎn)業(yè)鏈，并制定具體的措施和策略。
(1)加大研發(fā)力度，尋求技術(shù)突破。電子標(biāo)簽?zāi)壳斑€存在較多缺陷，如由于天線(xiàn)具有方向性使得單標(biāo)簽讀出可靠性偏低容易產(chǎn)生漏讀、射頻識(shí)別信號(hào)容易受金屬和水等導(dǎo)電物質(zhì)影響造成識(shí)別距離下降、RFID系統(tǒng)與頻段接近的其它無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)可能產(chǎn)生電磁干擾影響彼此的性能、大量RFID標(biāo)簽放置在一起時(shí)標(biāo)簽天線(xiàn)產(chǎn)生陣列效應(yīng)可能表現(xiàn)出與單個(gè)標(biāo)簽天線(xiàn)不同的特性等，都對(duì)電子標(biāo)簽的發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)。
(2)盡快制定電子標(biāo)簽的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)找準(zhǔn)應(yīng)用的突破口，提升行業(yè)應(yīng)用規(guī)模。由企業(yè)甚至停留在表層，業(yè)務(wù)流程簡(jiǎn)單，邏輯單一，缺少后端系統(tǒng)的集成，未真正發(fā)揮出電子標(biāo)簽在供應(yīng)鏈管理及企業(yè)信息化建設(shè)中的作用。因此，如何整合RFID與企業(yè)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)如ERP、SCM、MIS等，對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行創(chuàng)新，充分發(fā)揮電子標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)，提升行業(yè)應(yīng)用的規(guī)模，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，是日前急需解決的問(wèn)題。
(4)加強(qiáng)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨行業(yè)應(yīng)用。隨著RFID的發(fā)展不斷拓展，近年來(lái)在世博會(huì)門(mén)票管理、智能交通、物流、食品安全、商品防偽、電力等領(lǐng)域得到新的應(yīng)用。中國(guó)RFID產(chǎn)業(yè)已從政府需求轉(zhuǎn)向市場(chǎng)需求。在RFID發(fā)展過(guò)程中，既要看到RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，又要看到在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，用更加科學(xué)的方法來(lái)不斷深化RFID的應(yīng)用，以此推動(dòng)圍內(nèi)RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)
文中描述了RFID的基本功能、優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。并介紹了電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)，以及對(duì)國(guó)內(nèi)外所出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題和安全隱私問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究。最終就國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的電子標(biāo)簽應(yīng)用與發(fā)展，提出了基本政策和發(fā)展趨勢(shì)。這對(duì)RFID發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。